方位陀螺仪 _生活百科

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方位陀螺仪【方位陀螺仪】方位陀螺仪是具有二自由度的陀螺仪，它的主轴在工作状态下处于水平的位置并能保持给定的方位不变，特别是，能固定在某一子午线上。因此它常用来作为航向指示器。
方位陀螺仪也叫航向陀螺仪、陀螺半罗经（盘）或方向陀螺仪。
基本介绍中文名：方位陀螺仪
外文名：directional gyroscope
别称：方向陀螺仪
类别：飞行仪表
作用：常用作航向指示器
简介方位陀螺仪是能使自转轴保持近似水平的二自由度陀螺仪。它是利用陀螺特性而做成的测量飞机航向角的一种陀螺仪表。测量飞机航向角的最简单办法，是利用磁针指北原理而做成的磁罗盘，它可以测出飞机的磁航向。但是，当飞机加速、转弯或盘旋飞行时，磁罗盘中心悬挂的敏感元件受加速度干扰而偏离磁子午线，将产生很大的指示误差；当飞机在铁矿地区或钢铁城市等强磁地区上空飞行时，地磁水平分量小，磁罗盘也无法正常工作。由于磁罗盘工作的局限性，需要利用方向陀螺仪测量飞机的航向角，以保证飞机沿着预定的航向飞行。所以，方向陀螺仪也是飞机上一种重要的航行驾驶仪表。当使用自动驾驶仪操纵飞机时，需要测出飞机相对给定航向的偏航角并转换成电信号。以控制飞机按照预定的航向飞行。所以，方向陀螺仪也是飞机自动驾驶仪的主要部件之一。二自由度陀螺仪具有方向稳定性，如果把它的外框垂直放置，自转轴水平并指北，则在飞机有加速度干扰或外界磁场干扰时，自转轴绕外框轴仍将稳定在原来的方向上。但是，由于地球自转和飞机运动会引起表观进动，加之陀螺仪本身存在漂移，所以自转轴将会逐渐偏离当地水平面和当地子午面。自转轴的水平偏离，有可能导致自转轴与外框轴重合而出现框架自锁。自转轴的方位偏离，将导致航向角的测量误差随时间而积累。因此，欲利用二自由度陀螺仪构成测量航向的仪表，就需要对陀螺仪进行水平修正和方位修正。水平修正是保证仪表正常工作的前提，方位修正则是保证仪表测量精度所必需。结构原理比较典型的方位陀螺仪的结构原理如右图1所示。它主要由二自由度陀螺仪、水平修正装置、方位修正装置、航向协调装置和指示机构或角度感测器等部分组成。

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图1 方位（向）陀螺仪结构原理图水平修正装置由摆式敏感元件和力矩器组成。电路中的液体开关为三极式，它安装在内框架上，而力矩电机安装在外框轴方向。液体开关与力矩电机的联接电路称为水平修正电路，其电路原理如右图2所示。当自转轴绕内框轴偏离水平面时，液体开关送出控制信号，力矩电机产生绕外框轴作用的修正力矩，使自转轴绕内框轴进动而恢复水平。这样，就保证了自转轴与外框轴的近似垂直关係。为了避免飞机转弯或盘旋时所引起的错误修正，可以通过角速度敏感器件中的继电器控制力矩电机激磁绕组的断开来实现。方位修正装置通常由电位器和力矩电机组成。电位器安装在控制盒内，力矩电机安装在内框轴方向。电位器给出地球自转误差等补偿信号，力矩电机产生绕内框轴作用的修正力矩，使自转轴绕外框轴进动而跟蹤因地球自转所引起的方位变化。这样。便提高了自转轴绕外框轴的方位稳定精度。

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图2 方向陀螺仪水平修正电路但是方位陀螺仪并不具有自动找北的特性，所以飞行员在使用之前必须根据磁罗盘或天文罗盘的指示，来调整方位陀螺仪的指示。而且，方位修正也不能完全消除方位陀螺仪的方位偏离误差，所以飞行员在使用过程中每隔一定时间例如15分钟或30分钟，还必须根据磁罗盘或天文罗盘的指示，对方位陀螺仪的指示进行调整。这种调整称为航向协调或航向校正。航向协调装置通常由协调按钮、协调电机和减速器组成。协调按钮安装在控制盒上，协调电机和减速器安装在外框架上。当按下协调按钮时，接通协调电机的电路，协调电机通过减速器带动刻度盘相对外框架转动，从而使方位陀螺仪的指示与其它航向仪表的指示相协调。採取了上述措施，便能使陀螺仪相对子午面较精确地保持方位稳定，给飞机航向角的测量提供了基準。藉助指标和刻度盘组成的指示机构，即可给出飞机航向角的判读指示。若在外框轴上装有电位器或自整角机等角度感测器，则可传输飞机航向角的电气信号。方位陀螺仪的航向协调是由飞行员人工定时进行，在两次协调的时间间隔内，仍然有方位误差积累而影响测量精度，而且人工校正还增加了飞行员的负担，因此，目前一般都採用自动校正的办法，即利用磁航向感测器（实为一种能输出磁航向信号的磁罗盘）来自动地对方向陀螺仪进行航向校正，并且由航向指示器把方位陀螺仪所稳定的航向指出来。这种测量航向的仪表称为陀螺磁罗盘。